第4章 压力容器设计中的有关问题
4.1 失效准则
在压力容器设计中,可能遇到的失效方式大致包括以下各项:
①过量的弹性变形,包括弹性不稳定;
②过量的塑性变形;
③脆性断裂;
④由应力引起的破坏/蠕变变形(非弹性);
⑤塑性不稳定——渐增的垮塌(incremental collapse);
⑥高应变、低循环疲劳;
⑦应力腐蚀;
⑧腐蚀疲劳。
在ASME Ⅷ-1中,前几年的版本考虑的失效方式较少,近几年来陆续补充了包括过量的塑性变形、塑性不稳定——渐增的垮塌等在内的失效方式。所谓失效准则是指在设计中针对所考虑的失效方式相应地采用的限制条件。例如,规范为防止出现过量的弹性变形,主要是在确定许用应力时引入包括材料屈服强度在内的材料性能,意指材料的许用应力总低于其屈服强度而处于弹性;为防止出现过量的塑性变形(塑性垮塌),包括采用极限分析原理对弯曲应力或薄膜加弯曲应力进行限制的各项措施;为防止出现脆性断裂,一方面对材料的V形缺口夏比冲击功值规定了达标值,另一方面对各类应力进行限制,并规定了不致使峰值应力过大的结构;为防止蠕变变形,在确定许用应力时引入包括材料蠕变和持久极限在内的材料性能,并限制了材料的适用温度,意指材料的许用应力总低于该温度时的蠕变和持久极限,不致发生蠕变;为防止塑性不稳定——渐增的垮塌,规范引入了极限载荷设计和安定性概念,将一次应力以及包括二次应力在内的当量应力(或当量应力范围)限于一定范围。但ASME Ⅷ-1并未对涉及和疲劳有关的失效方式作出限定,所以应理解为ASME Ⅷ-1不能直接用于疲劳分析(膨胀节除外),由于规范提及符合Ⅷ-1相应要求的任何压力容器,可以打规范ASME U钢印,所以可理解为届时如按包括Ⅷ-2在内的其他规定进行疲劳分析并符合Ⅷ-1的相应要求,也可以打规范ASME U钢印。在本书1.2节中提及,规范的“条款解释”07-47以及PTB-4中明确表示:如组件要做疲劳分析,可按Ⅷ-2实施。因此可以理解为,当按Ⅷ-2或其他标准进行疲劳分析且容器仍能符合Ⅷ-1所有要求时,也可以打规范的ASME U钢印;此外,还应理解为应由设计人员通过选用合适的材料来防止应力腐蚀等失效方式。